基于半實物仿真的艦員級雷達維修訓練系統設計＊

鐘春華 許炎義 劉 峰

（海軍工程大學電子工程學院1） 武漢 430033）（95118部隊2） 當陽 444100）

1 引言

近些年來，由于電子技術的飛速發展，新型雷達不斷采用各種先進的技術手段，比如頻率捷變技術、多種抗干擾技術、光學跟蹤與測量技術等［1］。新型雷達裝備在增強部隊戰斗力的同時，由于其技術復雜、價格昂貴，數量有限，也給部隊的維修保障帶來了一定的難題，因為這對維修人員的技術水平要求更高了。而要使維修人員擁有更高的技術狀態和維修水平，必須要進行大量的、長期的訓練，因此迫切需要一種有效的訓練方式。

傳統的訓練方式主要是依靠實裝來進行［2］，維修即訓練，特點是能獲得良好的動手操作能力，但也存在不少弊端，比如容易損壞裝備、訓練受到場地等因素制約、實際工作中出現的故障現象和檢測維修操作種類有限，多數只能從教材中抽象理解，而雷達裝備結構功能復雜，造價較高，實裝檢測維修成本太高，訓練中畏懼裝備損壞等心理負擔較為普遍［3］。使用維修模擬訓練系統訓練則可以彌補上述這些缺陷，通過在系統中設置各種故障，使維修人員能較好的掌握各種故障的排除方法。而在各種模擬維修訓練方式中，用虛擬式的維修訓練系統［4］訓練與實裝的訓練有較大的區別，它往往只能獲得感性上的知覺，對于學習裝備的原理方面可以取得較好的效果，但是卻無法獲得良好的實踐能力，故一般難以達到預期的效果。而半實物［5～6］的維修模擬訓練系統通過模擬實裝的結構特點，使得其維修訓練基本與實裝上一致，它可以給維修人員帶來良好的實踐動手能力，增強維修人員發現故障、排除故障的能力，因而訓練效果明顯，可在很大程度上滿足部隊維修訓練需要。本文即是采用了半實物的方式設計了某型雷達維修模擬訓練系統。

2 系統設計

通過對雷達裝備的結構功能及信號走向［7～8］研究，結合實際維修訓練需要，本文設計的半實物維修模擬訓練系統以硬件形式實現，主要由配電箱、收發機柜、顯控分機組成，其組成框圖如圖1所示。系統工作原理是：配電箱給收發機柜和顯控分機供電，控保分機依次接通發射機低壓、Ⅱ級高壓、Ⅲ級高壓模擬產生大功率射頻信號，接收分機接收發射分機產生的模擬回波并進行中頻放大和檢波，后將信號通過電纜傳到顯控分機進行顯示或者進一步處理。系統與真實裝備的工作主要區別在于：真實裝備所獲得的回波信號均由天線接收返回，而維修模擬訓練系統的回波是通過模擬的方式產生于發射分機的內部電路［9］；此外，考慮到成本和訓練必要性，維修模擬訓練系統也沒有設計真實的高壓電路，但其工作狀態在面板上有對應顯示。基于上述原因，系統在設計中并未設置伺服和天線系統，其方位信號通過收發分機模擬產生。

2.1 配電箱

根據維修模擬訓練系統的實際供電需要，本著簡化設計和功能完善的原則，配電箱在設計中內部元器件主要采用空氣開關和保險絲，面板上安裝各種開關、表頭、指示燈，主要實現的是將三相380V市電經過配電箱轉換為多路AC 220V輸出供顯控臺和收發機柜使用，同時在面板上通過表頭及指示燈對各種電源的狀態進行指示。

2.2 收發機柜

收發機柜是系統設計的重點，是進行維修模擬訓練主要的狀態顯示機柜，由控保分機、發射分機、接收分機、電源分機組成。

2.2.1 控保分機

控保分機的設計依據實裝，面板設置有15個LED指示燈，多個相關儀表表頭，發射機低壓、II級高壓、III級高壓的通斷按鈕開關及其它相關旋鈕等。該分機用于監視發射機工作狀態，完成發射分機開關、延時控制與保護，顯示相關電流電壓值與故障信息等。與功能對應，控保分機內部電路中設計了故障檢測接口板，開關控制邏輯板，信號設置板等。來自發射機不同部位的故障信號，其類型、幅度等特性各不相同，故障檢測接口板對其中的某些故障信號進行轉換，以驅動面板上的LED故障指示燈。當操作面板上（或遙控信號）的“通”、“斷”按鈕按下時，開關控制邏輯板起作用，使相應的大功率開關元件接通或斷開，以控制發射機各部分的供電。維修模擬訓練系統的部分訓練故障來源由本分機的信號設置板產生。

2.2.2 發射分機

結合維修訓練需求，發射分機的設計并未按實際發射機的對應部件一一設計，而是有針對性的設計了相關必要部件，從而更能體現發射機中的典型故障及其排除方法，基于此，發射分機只是模擬了行波管放大器中脈沖調制器和快速保護電路的相應功能。

為達到訓練逼真性，調制器的設計［10］跟實裝大體一致，采用插拔式電路板組合實現，由脈沖放大電路板、觸發板、開關板和偏置板4塊電路板組成。來自定時器的起始和截尾脈沖信號由脈沖放大電路放大，經觸發板變換為起始和截尾觸發信號，隨后觸發開關板的開關管產生初級調制脈沖，最后在偏置板去除直流偏置，加上偏置電壓后形成柵極調制脈沖加到行波管柵極上。快速保護電路由調制器開關管擊穿保護電路和浮源保護、脈沖形成條件信號產生電路組成，其作用是起到浮源保護和調制器開關管擊穿保護。

2.2.3 接收分機

接收分機的功能是產生全機時序信號和雷達輻射所需信號，接收雷達回波并進行處理。為了實現這些功能，接收機內部設置了定時器板、信號源板、中頻放大器板和檢波視放板，各電路板統一安裝于插箱中，所需電源和控制信號通過機箱母板提供。為了實現和發射機之間的信號連接，在接收分機面板上設計了起始脈沖、截尾脈沖、射頻輸出、回波入四個同軸插座，定時器板產生的發射機調制器起始和截尾脈沖以及信號源板產生的射頻信號通過對應的同軸插座由同軸電纜傳遞給發射機，而由發射分機射頻放大鏈和高頻組合模塊產生的模擬回波信號則由同軸電纜通過回波入插座引入到中頻放大板和檢波視放板，經過中頻放大和視放檢波處理后送標顯臺。此外，在接收分機面板上還設置了多個電源和信號測試孔，方便受訓人員訓練過程中測試。

2.2.4 電源分機

電源分機用于將來自配電箱的AC 220V交流電轉換為多種滿足要求的直流電壓供收發機柜的其它分機使用。因此，內部主要采用各種電壓轉換模塊，包括多個直流電源模塊和變壓器模塊，為了對各種輸出電壓提供保護，在分機面板上安裝了輸出電壓對應的保險絲座，此外還在分機背板上設置多個插座，以便通過電纜把經過轉換輸出的多種直流電壓送到收發機柜的其它分機使用。

2.3 顯控分機

顯控分機分顯控設備和數據處理設備。其中顯控設備完成人機交互、顯控臺控制、通信管理、信息存儲與管理等功能。為滿足控制、存儲及顯示需要，顯控設備核心采用高性能工控機作為主機，以液晶顯示器作為顯示設備，并在其控制面板上配置標準化的觸摸式按鍵、摸球、數字鍵盤和熱鍵等，通過多串口擴展方式實現相互之間的信息交換，其設計布局和該實裝雷達顯控臺一致。數據處理設備位于顯控設備下方，主要完成對收發分機送來的回波信號和方位信號進行處理、轉換形成數字化的目標信息和顯示信息。依據功能需要，數據處理設備內部設計了對空檢測板、對海檢測板、顯示控制板、方位接口板、掃描變換板、視頻處理板、處理器板、接口板。各板安裝在插箱中，通過母板上的總線連接。

3 功能驗證

圖2 維修訓練流程圖

以該系統發射機中的浮動電源到高壓控制之間的通路故障導致高壓加不上為例驗證故障的排除過程：訓練開始，受訓人員依次接通配電箱電源并分別為顯控臺和收發機柜供電，顯控臺和收發機柜各狀態指示均正常，打開顯控臺，按程序依次接通發射機低壓和Ⅱ高壓、Ⅲ高壓，此時發現Ⅱ高壓指示燈滅，控保分機電流表“TWT電流”和發射分機電流表“柵極電流”都沒有指示，初步判斷故障為高壓加不上，再仔細查看發現浮源故障指示燈亮（裝備正常時接通低壓后該指示燈應該熄滅），故障有可能是由于浮源故障導致高壓加不上，于是使用萬用表測試發射分機面板上的浮源電壓測試孔，發現電壓指示正常，進一步推斷故障可能出現于浮動電源到高壓控制之間的通路上，在該通路上有線與電路、調制器開關管擊穿保護電路板，更換該電路板，重新按程序加低壓，此時浮源故障指示燈熄滅，再加Ⅱ級高壓，控保分機電流表“TWT電流”和發射分機電流表“柵極電流”指示正常，Ⅱ級高壓指示燈亮，再加Ⅲ級高壓，顯示器有回波，故障得到排除。其流程如圖2所示。

4 結語

論文結合新形勢下雷達專業維修訓練需要，以半實物方式設計了某雷達維修模擬訓練系統，該系統的設計緊密結合實裝，在外觀和接口關系上與實裝基本一致，訓練效果逼真［13］。系統雖是專門針對某型警戒搜索雷達而設計，但又兼具有一般警戒搜索雷達的特點，只要局部增加或改變對應模塊的有關功能，就可研制成其它型號警戒搜索雷達的維修訓練系統，通用性好。系統的設計考慮到教與學的需要，一方面可用于維修訓練，另一方面還可用于雷達裝備的原理教學，方便學員進一步加深對雷達裝備原理的理解。經過比賽的考驗，證明該系統確實能夠極大地提高維修人員的實際動手排故能力，解決了以往的虛擬訓練帶來的重感性輕實踐的不足，給雷達專業領域訓練維修人員提供了一個好的解決方案。

［1］全厚德，王春平，孫書鷹，等.雷達模擬器的設計與實現［J］.火力與指揮控制，2002，27（2）：79～81

［2］王娟，樊智勇，蔡成仁，等.機載氣象雷達維護模擬系統的設計［J］.計算機測量與控制，2009，17（8）：1632～1637

［3］楊雨迎，高玉水，王曉棟，等.某型導彈檢測維修訓練的半實物仿真［J］.科技導報，2010，28（11）：29～32

［4］李林，陳旭，王利明.虛擬維修訓練系統設計研究［J］.科技信息，2010（11）：47～48

［5］劉延斌，金光.半實物仿真技術的發展現狀［J］.光機電信息，2003（1）：27～32

［6］張強.電子戰半實物仿真系統設計［J］.艦船電子工程，2006，26（4）：111～114

［7］丁鷺飛.雷達原理［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2002

［8］向敬成，張明友.雷達系統［M］.北京：電子工業出版社，2001

［9］李海華，趙炳義，王旭志.氣象探測雷達模擬訓練系統的研制［J］.測試技術學報，2003，17（3）：207～211

［10］鄭德民.雷達發射機全固態浮動板調制器的研制［J］.雷達與對抗，2003（2）：38～41

［11］李永杰，胡堅，汪厚祥.艦艇裝備維修信息數據倉庫的建立與數據挖掘［J］.計算機與數字工程，2010，38（10）：59

［12］王志成，賈希勝，孫寶琛，等.集群裝備戰時維修保障業務優化排序模型研究［J］.計算機與數字工程，2010，38（6）

［13］李昊，李志剛，李運禎.一種基于某型雷達對抗裝備的模擬訓練系統［J］.電子對抗，2005（3）：25～28